nullnull回顾:回顾:null正常轨道(无摄轨道)摄动轨道开普勒三定律三种近点角开普勒六参数第三节 GPS卫星的摄动轨道第三节 GPS卫星的摄动轨道1.摄动轨道
2.摄动方程
3.摄动结果
6378km26m108m19ma-b=21.3km1.导航卫星的摄动力(P51)1.导航卫星的摄动力(P51)地心引力
地球非中心引力
地球潮汐摄动力
太阳引力
月球引力
大气阻力
太阳辐射压力
太阳反照压力f0fgfaftfsfmfdfr2.摄动轨道2.摄动轨道 卫星在宇宙空间运行时由于受到地心引力之外的其他各种力的作用,如地球非中心引力,日月引力,太阳辐射压力,大气阻力及潮汐力等的合成作用,使得卫星的实际运行轨道比正常轨道复杂得多,这种实际轨道就叫做摄动轨道。受摄运动方程:或+ΔAs二体加速度全摄动加速度(i=g,m,s,r,a,d,t)null在各种摄动力中,以地球非中心引力的影响为最大。如在GPS实验卫星的受摄运动中各种参数的在轨位置偏差(m)。3.摄动结果(1)地球非中心引力的两大摄动(1)地球非中心引力的两大摄动 通过地球非球形引力的摄动结果,致使卫星轨道参数不是固定不变的,而是随时间变化的函数。因此导致卫星在轨位置不断偏离正常轨道,这是卫星导航必须重视的一个重大问
题
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。
null① 旋转轨道平面
地球非球形引力导致卫星轨道平面在空间产生旋转,其
表
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现是升交点N沿天球赤道缓慢的进动,以至升交点赤经产生周期性的变化。(P-53)式中:n0---卫星平均角速度;
J2---二阶带谐系数,J2=1.0826E-3;
ae---地球椭球的长半轴,ae=6378km。nullEyxH OωΩNfinull 轨道平面的旋转方向与卫星东西运动相反否,
取决于卫星轨道倾角的余弦。i<90o,向西旋转;
i=90o,不旋转;
i>90o,向东旋转。Nnull② 旋转长半轴
地球非球形引力导致卫星轨道椭圆的长半轴在轨道平面内产生旋转,其表现是近地点角距即幅角的缓慢进动。3n0J24[aea(1-e2)]2(1-5cos2i)null另外, 在地球非球形引力作用下,平近点角也会产生缓慢的
进动,导致卫星运行轨道不能够相互重合,而形成一周期
又一周期运行轨道的相互偏离。(P54)PP’null(2) 两种轨道
由于地球非中心引力的摄动,还引入下列两种常用的特殊的轨道。
① 太阳同步轨道
在地球非球形引力作用下,升交点赤经产生变化, 当其变率为每天0.9856度即约每天1度时,使升交点赤经变率等于地球公转的平均角速度,这时的卫星轨道称为太阳同步轨道。
在这种轨道上运行的卫星,经过某一特定位置时,太阳光照条件相同,换言之,卫星经过某一纬度的“地方时”,在一段时间内几乎不发生变化。采用这种轨道的卫星如地球资源卫星、侦察卫星、气象卫星等。
null太阳同步轨道参数: a=7300km, e=0, i=99度null② 地球静止轨道
从地球上 看卫星好象是“静止不动”的,这种轨道叫地球静止轨道。它是一种轨道平面倾角和偏心率均为零的“地球同步轨道”。
所谓“地球同步轨道”,是一种卫星运行周期和地球自转周期相同,方向相同即卫星自西向东顺着地球自转方向而运行的轨道。但是这种“静止”也是表现在一定范围内的。如北斗导航实验卫星就是采用这种轨道。
null(2)其他引力的摄动① 大气阻力的摄动
fd=0.5KdSsρAVs2Vsu 大气阻力摄动难以精确模型化,它是导致卫星陨落
的重要因素之一。null② 日月引力的摄动
日月引力又称“第三体引力”,它不仅影响卫星的运行,而且影响地球的自转,因此,在考虑日月引力摄动时,应为日月引力对卫星轨道的作用与对地球作用的差值。(P55)
null③ 太阳辐射压力
fr=-k Sp Sc rsu
式中: k---卫星表面反射系数,其值为1-1.44;
Sp----太阳光压强度,它取决与卫星至太阳的距离以及大气吸收太阳光线的程度,其值常用4.6E-6;
sc---垂直于太阳光线的卫星横截面积;
rsu---太阳的位置矢量.null④ 地球潮汐摄动力
地球不是一个刚体,它在日月引力的作用下会产生形如潮汐般的变形,称之为地球固体潮。此外日月引力还会产生海潮和大气潮,这三种潮汐改变了地球引力场中的摄动力。因此,在地球引力摄动中,附加了一个地球潮汐摄动力,它是日月引力对卫星的间接作用。
对于在1000千米高度运行的卫星,地球潮汐摄动力的量很小,对于36000千米高度运行的卫星,其摄动量常忽略不计。4.GPS的受摄运动4.GPS的受摄运动思考:为什么说GPS星座是一个比较稳定的星座?
复习题:复习题:
1.GPS所采用的空间坐标系统都包括哪些?
2.GPS所使用的时间系统包括哪些?各以何为基准?
3.开普勒轨道六参数是指什么? 对于卫星的轨道有什么意义?
4.卫星环绕地球运行的运动方程?
5.时间对于GPS定位有什么重要的意义?
6.地球非中心引力对卫星的摄动轨道产生什么样的影响?